负载型离子液体脱硫性能工艺研究

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二氧化硫的过量排放造成了严重的污染问题,对人类的健康和环境有害。传统的烟气脱硫处理方法,存在一些固有的缺陷,包括副产物的产生、溶剂的挥发、运行成本高和能耗大等问题。因此,开发一种高效、绿色、可循环利用的新型吸收剂用于二氧化硫的吸收具有极其重要的意义。离子液体因其低蒸汽压、高的热稳定性和可调的结构被用于二氧化硫捕集,但是离子液体本身具有较高的黏度,在应用于吸附过程时它的传质阻力高,会影响吸收效率和吸收效果,在某种程度上阻碍了其工业应用过程,将离子液体负载到载体材料中可以减少这些缺陷。考虑到工业应用的成本,以活性炭为载体材料,选取两种廉价的含羟胺的醇胺离子液体负载到活性炭上,制备负载型离子液体(SILs),进行不同条件下的烟气脱硫实验,实验表明,SILs对SO2的吸附是一个快速、高效的过程,且制备的2种负载型醇胺离子液体对SO2均具有较好的脱硫能力,仅在30 min内达到吸附平衡,与纯离子液体相比,节省了约60~70%的时间,降低了纯离子液体的黏度并加强了传质效果;其中,TC-AC-1/4、TL-AC-1/4中ILs的摩尔吸收量最高可分别可达到7.33 mol/mol、2.27mol/mol;2种SILs经过五个连续的吸附-解吸循环后,其优异的吸附性能没有发生明显改变,其饱和吸附量仍保持在90%以上,表明SILs循环性能较好,有很好的工业应用前景;对2种活性炭负载醇胺离子液体来说,化学吸附是吸收SO2的主要原因,但物理吸附也不可忽视。不过SILs中不同ILs结构和载体材料AC之间的协同作用对SO2的吸附影响是不一样的。此外,选择不同阳离子结构的离子液体,将会反映与二氧化硫的不同相互作用。本文选取活性炭负载含-NH2的功能性离子液体[APMIM][Br]和常规型咪唑溴盐离子液体[BMIM][Br]制备活性炭负载咪唑离子液体(SILs),对其结构性质及脱硫性能进行探究,进一步解释其吸附机理。实验发现,两种活性炭负载咪唑溴盐类离子液体对SO2均具有较好的脱硫能力,APMIM-AC-1/4、BMIM-AC-1/3中ILs的摩尔吸收量最高可分别可达到3.05 mol/mol、1.67 mol/mol;2种SILs在经过五个连续的吸附-解吸循环后,APMIM-AC对SO2的吸附性能弱于再生前的吸附性能,容量下降约22%;而BMIM-AC经多次重复使用后其优异的吸附性能没有明显改变,这与SILs中IL的吸附机制有关,APMIM-AC对SO2不仅有物理吸附,而且还伴随着化学吸附的发生,N-H键参与了反应,并有新键N-S键的生成;但是BMIM-AC对SO2的吸附过程只存在物理吸附,仅受弱相互作用控制,如氢键、范德华力、库仑相互作用。众所周知,实际烟气组分复杂,一般包括N2,O2,CO2,H2O等,因此,本文又以SILs为研究对象,分别考察了单组分、双组分对SILs脱硫性能的影响规律,结果发现烟气单组分对SO2的吸附都有抑制作用;当同时引入CO2和O2时对SILs的脱硫性能有抑制作用;但是,在H2O和O2共存的情况下,促进了SILs对SO2的吸附。负载型离子液体具有较大的工业应用前景,不过在将负载型离子液体实际应用于SO2捕集之前,还需要进行大量的工作。例如,在实际烟气条件下,开发新的功能性离子液体来吸收大量的二氧化硫具有重要的意义和价值。此外,为了找到离子液体作为脱硫剂的最佳载体材料,需要考虑更多高效、低成本的介孔材料。
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